ES2955027T3

ES2955027T3 - Dispositivo de protección contra sobreintensidades para microrredes

Info

Publication number: ES2955027T3
Application number: ES18305513T
Authority: ES
Inventors: Philippe Alibert
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2023-11-28
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: FI3561980T3; CN110401178A; US11532932B2; US20190334344A1; EP3561980A1; CN110401178B; EP3561980B1

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de protección contra sobrecorriente de microrred y a un método para la protección contra sobrecorriente de una microrred. El dispositivo de protección incluye un detector de sobrecorriente controlado por voltaje para detectar una sobrecorriente por encima de un umbral de sobrecorriente y un detector direccional de fase dispuesto para la dirección de la corriente en dirección descendente o ascendente. El umbral de sobrecorriente del detector de sobrecorriente controlado por voltaje se establece en un umbral de sobrecorriente superior cuando un voltaje medido Vm está por encima de un voltaje umbral Vs y se establece en un umbral de sobrecorriente más bajo cuando el voltaje medido Vm está por debajo del voltaje umbral Vs. El dispositivo incluye además un temporizador dispuesto para generar una señal de disparo con un primer período de tiempo de retardo cuando se detecta una dirección de corriente aguas abajo y una sobrecorriente y con un segundo período de tiempo de retardo cuando se detecta una dirección de corriente aguas arriba y una sobrecorriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de protección contra sobreintensidades para microrredes

La presente invención se refiere a un dispositivo para la protección de microrredes contra sobreintensidad, y a un procedimiento para configurar un sistema de este tipo. Más en particular, la invención se refiere a un dispositivo de detección de situaciones de fallo que podrían dar lugar a situaciones de sobreintensidad.

Antecedentes

Por lo general, una microrred es una red eléctrica local destinada a generar y distribuir energía eléctrica en regiones aisladas y alejadas de las grandes centrales de generación de energía eléctrica, tales como, por ejemplo, islas, re giones montañosas o zonas desérticas. El principio de microrred también es aplicable cuando se desea que un edifi cio, barrio, campus u otra entidad conectada a una amplia red de distribución gestione de forma diferente la genera ción de su energía y, por ejemplo, aumente su capacidad de resiliencia.

Las microrredes pueden estar formadas por diversos tipos de recursos energéticos que se encuentran distribuidos espacialmente y desconectados de una red principal, también denominados recursos energéticos distribuidos DER. Estas microrredes se configuran como islas autónomas para el suministro de energía. Estos recursos distribuidos pueden incluir recursos energéticos renovables, tales como células fotovoltaicas, paneles solares y turbinas eólicas. Pueden incluir además recursos energéticos de generación de energía por motor, tales como motores o turbinas que consumen combustible. Y pueden comprender instalaciones de almacenamiento de energía para almacenar energía localmente, que pueden incluir almacenamiento de tipo químico, como baterías, o mecánico, como volantes.

En la figura 1 se muestra esquemáticamente un ejemplo ilustrativo de una microrred. La microrred puede dividirse funcionalmente en un plano de recursos, un plano de red y un plano de control. El plano de recursos incluye los recursos energéticos distribuidos de renovables, generadores y recursos de almacenamiento. A su vez, cada uno de los diferentes tipos de recursos energéticos puede organizarse colectivamente en plantas distintas, tales como una planta renovable, una planta de grupos electrógenos y una planta de almacenamiento. El plano de red incluye la red de distribución y las cargas a las que se suministra la energía. El plano de control incluye los controladores locales para cada planta de tipos de recursos energéticos y un controlador central global de la microrred para controlar de forma centralizada la coordinación entre las diferentes plantas energéticas.

Puesto que las fuentes de energía renovable funcionan como fuentes de CC, están equipadas con inversores para proporcionar una señal de CA que pueda acoplarse a la red. Las señales de CA proporcionadas por los inversores tienen que coincidir con la red tanto en fase como en magnitud. Para garantizar un acoplamiento eléctrico adecuado a la red, las conexiones a la red se supervisan / controlan por medio del relés de protección que accionan equipos de conmutación eléctrica, tales como disyuntores de circuito, que permiten desconectar uno o varios recursos ener géticos de la red. Esto sería necesario, por ejemplo, en caso de que se produjesen corrientes de cortocircuito en la microrred o en la red.

El documento US 2011/282507 A1 se refiere a un procedimiento para adaptar un conjunto de parámetros en un Dispositivo Electrónico Inteligente de una red eléctrica que tiene dispositivos de conmutación, comprobando periódi camente estos parámetros para asegurar que siguen siendo apropiados para la protección de la red.

Sin embargo, las corrientes de cortocircuito que se originan en la microrred y en la red pública son de naturaleza diferente. Y, en consecuencia, requieren medios de protección diferentes. Además, el hecho de que la microrred esté acoplada a la red en modo de conexión a la red, o desacoplada en modo de desconexión a la red, influencia aún más la capacidad de proporcionar protección.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es abordar la diferencia en los requisitos para la protección contra sobreintensidad de una microrred y, en particular, permitir la protección de una microrred que comprende recursos distribuidos tanto en mo do conectado a la red como desconectado de la red.

De acuerdo con la invención, este objeto se consigue proporcionando un dispositivo de protección que incluye un detector de sobreintensidad controlado por voltaje para detectar una sobreintensidad por encima de un umbral de sobreintensidad y un detector direccional de fase dispuesto para la dirección de la corriente en una dirección aguas abajo o aguas arriba, tal como se establece en el conjunto de reivindicaciones anexado.

En otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para la protección contra sobreintensidad de una micro rred, tal como se establece en el conjunto de reivindicaciones anexado.

Las realizaciones particulares de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes.

0tros objetos, aspectos, efectos y detalles de la invención se describen en la siguiente descripción detallada de una serie de realizaciones ejemplares, con referencia a los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

A modo de ejemplo únicamente, las realizaciones de la presente divulgación se describirán con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 ilustra esquemáticamente un ejemplo de un aparato de microrred; y

la figura 2 muestra un ejemplo de diagrama unifilar de una microrred;

la figura 3 muestra esquemáticamente un ejemplo de dispositivo de protección en una microrred de acuerdo con la invención;

la figura 4 muestra esquemáticamente otro ejemplo de dispositivo de protección en una microrred de acuerdo con la invención;

la figura 5 muestra esquemáticamente otro ejemplo de acuerdo con la invención;

la figura 6 ilustra un ejemplo de procedimiento de protección contra sobreintensidades en una microrred de acuerdo con la invención;

la figura. 7A ilustra un ejemplo de corrientes para dos generadores en modo sin conexión a la red;

las figuras. 7B y 7C ilustran ejemplos de corrientes de fallo para dos generadores en modo sin conexión a la red;

las figuras. 8A y 8B ilustran ejemplos de corrientes para una fuente renovable y un generador reversible en modo sin conexión a la red;

las figuras. 8C y 8D ilustran ejemplos de corrientes de fallo para una fuente renovable y un generador re versible en modo sin conexión a la red;

la figura 9 muestra un diagrama unifilar de un ejemplo de microrred que tiene múltiples dispositivos de pro tección contra sobreintensidad de acuerdo con la invención.

Descripción detallada

Haciendo referencia a la figura 2, se muestra un diagrama unifilar de una microrred que tiene dos recursos distribui dos, un panel fotovoltaico 20 y un generador local 21. El panel fotovoltaico 20 está conectado a la barra colectora 23 por medio de un inversor 22 y un disyuntor de circuito para proporcionar una señal de CA adecuada. El generador 21 está conectado por medio del un disyuntor de circuito a la barra colectora 23 y proporciona una señal de CA por diseño. La barra colectora 23 está conectada a un transformador de medida de voltaje 24 que, a su vez, está aso ciado a un nodo lógico 25. La energía puede suministrarse a una carga por medio del alimentador 26. El alimentador 26 incluye un disyuntor de circuito 27 y un transformador de corriente 28, que están asociados y controlados respec tivamente por medio de los nodos lógicos 29 y 30.

En el diagrama unifilar de la figura 2, la barra colectora 23 es una presentación simplificada de un circuito trifásico. Lo mismo se aplica a los diagramas unifilares que aparecen en otras figuras. Las tres líneas de un circuito trifásico se denominan comúnmente línea A, B y C. Las tres voltajes de fase a fase asociados se expresan como Vab, Vbc y Vca; y cuando hay una línea neutra o común, los tres voltajes fase-neutro asociados se expresan como Van, Vbn y Vcn. Con respecto al circuito trifásico, un fallo de fase puede estar relacionado con las tres líneas LLL, con una com binación de dos líneas LL, o en relación con el neutro LN. Estas convenciones se respetarán a lo largo de toda la divulgación.

El documento IEC 61850 define un estándar de comunicación para la automatización en subestaciones y microrredes. Los dispositivos lógicos representan un conjunto de funciones de automatización, protección u otras que inclu yen toda la información relevante del equipo de Alto Voltaje como la conmutación. Un Dispositivo Electrónico Inteli gente (DEI) podría alojar uno o varios dispositivos lógicos. Cada dispositivo lógico incluye a su vez uno o más nodos lógicos que representan cada uno una capacidad funcional del dispositivo lógico. Además, pueden crearse nodos lógicos para proporcionar funciones de aplicación, tales como RSYN, MMXU, RDIR. Pueden asignarse 0bjetos de Datos a cada nodo lógico para contener datos y atributos, como parámetros, estado y otras propiedades, que pue den intercambiarse entre nodos lógicos.

Como se ha descrito más arriba, múltiples nodos lógicos pueden ser alojados por un único dispositivo lógico y/o por un Dispositivo Electrónico Inteligente IED. En el diagrama de la figura 2, esto se ilustra por medio del bloque de trazos 31.

Volviendo a la figura 3, se muestra un ejemplo de un dispositivo de protección de sobreintensidad de microrred 32 conectado a la microrred de la figura 2. Como en la figura 2, la microrred incluye la barra colectora 23, el transforma dor de medida de voltaje 24, el alimentador 26, el disyuntor de circuito 27 y un transformador de corriente 28. En este ejemplo, el dispositivo de protección de sobreintensidad de microrred 32 se implementa como dispositivo lógico. En otros ejemplos, puede implementarse en combinación lógica de nodos lógicos compartidos en diferentes disposi tivos físicos conectados para comunicación en tiempo real o puede implementarse en una única función de protec ción "lista para usar" con todas las funciones incluidas en un dispositivo físico independiente.

El dispositivo de protección 32 incluye un detector de sobreintensidad controlado por voltaje 51V dispuesto para detectar una sobreintensidad por encima de un umbral de sobreintensidad. El dispositivo de protección incluye ade más un detector direccional de fase ^67 dispuesto para detectar una dirección de corriente en una dirección aguas abajo, es decir, de alimentador, o en una dirección aguas arriba, es decir, de barra colectora.

Se miden todos los 3 voltajes fase-fase y los 3 voltajes fase-neutro, para garantizar la detección correcta de todos los tipos de fallo de fase lLl , LL, LN. En las figuras 2 y 3 esto se realiza por medio del transformador de medida de voltaje 24, que es capaz de medir Vab, Vbc, Vca y Van, Vbn, y Vcn. En la figura 4, esto se realiza por medio del transformador de medida de voltaje 34

Con el fin de distinguir entre dos situaciones diferentes en las que puede producirse una sobreintensidad, es decir, los diferentes tipos de fallo de fase que se han mencionado más arriba, el detector de sobreintensidad controlado por voltaje tiene dos umbrales de sobreintensidad que pueden establecerse en respuesta a un voltaje de fase míni mo que se mide, en el ejemplo de la figura 3, en la barra colectora 23. El valor mínimo de los 3 voltajes fase-fase Vab, Vbc y Vca y de los 3 voltajes fase-neutro Van, Vbn y Vcn se utiliza como voltaje medido Vm. En consecuencia, el umbral de sobreintensidad del detector de sobreintensidad controlado por voltaje se establece en un umbral de detección de sobreintensidad superior cuando el voltaje medido Vm está por encima de un voltaje umbral Vs. Y se fija en un umbral de detección de sobreintensidad inferior cuando el voltaje medido Vm está por debajo del voltaje umbral Vs. La selección de los valores para los parámetros Vs y los umbrales se explicará más adelante.

El dispositivo de protección 32 incluye además un temporizador 52 dispuesto para generar una señal de disparo con un primer periodo de tiempo de retardo cuando se detecta una dirección de corriente descendente y una sobreinten sidad con un segundo periodo de tiempo de retardo cuando se detecta una dirección de corriente ascendente y una sobreintensidad. La señal de disparo retardado se utiliza para activar el disyuntor de circuito 27.

El dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred 32 puede incluir además un elemento de memoria de voltaje 53 para memorizar, es decir, almacenar al menos el voltaje de fase medido más reciente. Esto es con el fin de gestionar un fallo trifásico "desbocado" cerca de la protección direccional. En tal caso, los tres voltajes de polarización fase a fase son próximos a cero, lo que dificulta o incluso impide detectar el sentido de la corriente. Por lo tanto, la detección de la fase direccional puede basarse en los voltajes de fase memorizadas antes del fallo. Volviendo a la figura 4, se muestra otro ejemplo del dispositivo 39 de protección contra sobreintensidad de microrred conectado a una microrred. De forma similar a las figuras 2 y 3, la microrred tiene una barra colectora 33, un trans formador de medida de voltaje 34, una fuente de alimentación 36, un disyuntor de circuito 37 y un transformador de corriente 38. En este ejemplo, el dispositivo 32 de protección de sobreintensidad de microrred se implementa por medio del nodos lógicos en el dispositivo lógico 39.

En este ejemplo, el detector de sobreintensidad controlado por voltaje, es decir, el detector VC0 en definitiva, del dispositivo de protección 39 se implementa por medio de un primer elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje 40 y de un segundo elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje 41. Cada uno de los ele mentos lógicos de sobreintensidad controlados por voltaje 40, 41 está dispuesto para detectar la sobreintensidad basándose en el ajuste del umbral de sobreintensidad.

El dispositivo de protección 39 incluye además el detector direccional de fase que, en este ejemplo, está implementado por un primer elemento lógico direccional de fase 41 y un segundo elemento lógico direccional de fase 42. El primer elemento lógico direccional de fase 41 está dispuesto para la dirección de la corriente en dirección descen dente. Y el segundo elemento lógico direccional de fase 42 está dispuesto para la dirección de la corriente en una dirección ascendente.

El temporizador, en este ejemplo, se implementa como dos elementos lógicos T1, T2. El temporizador T1, T2 está dispuesto para generar una señal de disparo con un primer periodo de tiempo de retardo T1 cuando se detectan una dirección de corriente descendente y una sobreintensidad y con un segundo periodo de tiempo de retardo T2 cuando se detectan una dirección de corriente ascendente y una sobreintensidad.

El uso de elementos lógicos como en el ejemplo de la figura 4 permite una simple combinación lógica de señales para implementar el procesamiento. Los elementos VC040 y 41 obtienen el parámetro de voltaje medido Vm del transformador de voltaje 34 y el valor de la corriente de fase del transformador de corriente 38. Los elementos VC0 40, 41 detectan la sobreintensidad basándose en el umbral de sobreintensidad establecido en respuesta a Vm > Vs o Vm < Vs. A su vez, los elementos direccionales de fase 42, 43 detectan la dirección de la corriente basándose en el valor del voltaje del transformador de voltaje 34 y en el valor de la corriente del transformador de corriente 38.

El primer elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje 40 y el primer elemento lógico direccional de fase 42 están dispuestos para detectar lógicamente la sobreintensidad en la dirección descendente proporcionando las salidas de los elementos 40 y 42 a un primer puerto AND, indicado en la figura4 por "&1".

El segundo elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje 41 y el segundo elemento lógico direccional de fase 42 están dispuestos para detectar lógicamente la sobreintensidad en la dirección ascendente proporcionando las salidas de los elementos 41 y 43 a un segundo puerto AND, indicado en la figura4 por "&2".

La salida del puerto AND &1 está conectada al elemento temporizador T1, que en respuesta a un estado activo del puerto AND &1 genera la señal de disparo retardada por el primer período de tiempo de retardo apropiado. La salida del puerto AND &2 está conectada al elemento temporizador T2, que en respuesta a un estado activo del puerto AND &2 genera la señal de disparo retardada por el segundo período de tiempo de retardo apropiado. En conse cuencia, las distintas situaciones de corriente descendente y ascendente pueden ser percibidas y respondidas de maneras temporizadas diferentes.

De acuerdo con la norma IEC60255-151, una función correspondiente para la sobreintensidad controlada por voltaje, se denomina 51V en código ANSI. Mientras que en la norma IEC61850 se denomina PVOC.

De acuerdo con la norma IEEE C37.2, una función correspondiente de un elemento direccional de fase, se denomi na en código ANSI como 67. Mientras que en la norma IEC61850 se denomina RDIR.

Haciendo referencia a la figura 5, se muestran los ajustes para el funcionamiento de los detectores de sobreintensi dad controlados por voltaje 51V, 40, 41. El eje horizontal indica el voltaje medido Vm, mientras que el eje vertical indica el ajuste del umbral de sobreintensidad. El valor del parámetro Vs determina el punto de transición para la conmutación entre el umbral de sobreintensidad inferior y superior. La función VCO es escalonada, en la que el umbral de corriente tiene un primer valor superior para Vm > Vs y un segundo valor inferior para Vm < Vs. El umbral de voltaje Vs se fija preferentemente en relación con un voltaje nominal Ur del elemento en el que se realizan las mediciones, como en el ejemplo de la figura 5 de la barra colectora asociada 33, tal como 0,7 Ur. En otro ejemplo, si el voltaje se mide en una celda de alimentación, el umbral Vs se fija en una relación del voltaje nominal del alimentador asociado. El umbral de voltaje Vs también puede ajustarse a una relación del voltaje nominal durante la configu ración y/o el funcionamiento.

El umbral superior de sobreintensidad, indicado como Is , se ajusta preferentemente para que esté por encima de la corriente de carga máxima Iioad_max tanto para las condiciones aguas abajo como aguas arriba para todos los modos de funcionamiento, por lo tanto, tanto en el modo conectado a la red como en el modo desconectado de la red. Y, preferiblemente, el umbral superior de sobreintensidad se ajusta además para que sea inferior a la corriente mínima de cortocircuito Isc_mn en en el modo en red. Esto se recaptura en la siguiente fórmula:

El umbral de sobreintensidad inferior se ajusta preferentemente para que sea inferior a la corriente de cortocircuito mínima Isc_mn fuera de red en modo fuera de red para todos los tipos de fallo, que puede calcularse de antemano para todos los modos operativos fuera de red . En algunos casos, esto podría significar que el umbral de sobreintensidad inferior puede incluso estar fijado por debajo de la corriente de carga máxima Iioad_max. Sin embargo, para todos los casos, el umbral de sobreintensidad inferior se fija preferentemente por encima de la corriente de carga de funcio namiento normal. Teniendo en cuenta las limitaciones anteriores, el umbral de sobreintensidad inferior también pue de expresarse como una relación del umbral de sobreintensidad superior: K * Is, como se puede ver en la figura 5. Volviendo a la figura 6, se muestra un ejemplo de protección de sobrecorriente para una microrred. El procedimiento puede aplicarse dentro de una microrred como la mostrada en las figuras 2 y 4. Y en particular, puede ser implementada informáticamente en un Dispositivo Electrónico Inteligente (IED) u otro dispositivo lógico como el dispositivo 31 de la figura 2.

El procedimiento incluye detectar una dirección de corriente 601 en una dirección aguas abajo o aguas arriba, de terminar un voltaje de fase Vm 602 correspondiente a un valor mínimo de voltajes fase-fase y voltajes fase-neutro. Basándose en estas mediciones, el procedimiento incluye además establecer un umbral de sobreintensidad superior 603 cuando el voltaje determinado Vm está por encima de un voltaje umbral Vs y/o establecer un umbral de sobrein tensidad inferior 604 cuando el voltaje determinado Vm está por debajo del voltaje umbral Vs.

El procedimiento incluye además detectar una sobreintensidad 605 basándose en el ajuste del umbral de sobrein tensidad y, cuando se detecta, disparar un temporizador 606 durante un primer periodo de tiempo cuando se detec tan una dirección de corriente ascendente y una sobreintensidad y/o disparar un temporizador 606 durante un se gundo periodo de tiempo cuando se detectan una dirección de corriente descendente y una sobreintensidad.

Una vez transcurrido el periodo de tiempo, ya sea el primero o el segundo, y por tanto cuando el temporizador finali za, el procedimiento continúa generando una señal de disparo 607. Dicha señal de disparo se utiliza para disparar 608 un equipo de conmutación, tal como un disyuntor de circuito, un seccionador u otro dispositivo de disparo. La señal de disparo generada puede utilizarse además para disparar una alarma u otros medios.

Volviendo a las figuras 7A-C, el procedimiento se explicará con más detalle en relación con un ejemplo de microrred. Las figuras 7A-C muestran la microrred que tiene una barra colectora 73 y una carga 70 y dos grupos electrógenos 71, 72 conectados a la barra colectora 73. La carga 70 está conectada a la barra 73 por medio del disyuntor de cir cuito 76, el primer conjunto de generador 71 está conectado por medio del disyuntor de circuito 74 y el segundo conjunto de generador 72 está conectado por medio del disyuntor de circuito 75. Además de la carga 70, una se gunda posición 79 está conectada a la barra colectora. Cada disyuntor de circuito 74, 75, 76 y 77 está equipado con un dispositivo de sobreprotección de microrred 78, que se muestra en las figuras 7A-7C sólo para el disyuntor de circuito 75. Cada dispositivo de sobreprotección de microrred 78 está configurado para realizar el procedimiento descrito en relación con la figura 6. Por lo tanto, el dispositivo de sobreintensidad 78 mide continuamente la dirección de la corriente 601 y determina los voltajes de fase mínimas 602. La determinación de los voltajes de fase 602 inclu ye la medición de los tres voltajes de fase a fase Vab, Vbc, Vca y los tres voltajes de fase a neutro Van, Vbn, y Vcn y la determinación del valor mínimo de las mismas.

El umbral de sobreintensidad superior se establece 603 para cuando el voltaje determinado Vm está por encima del voltaje umbral Vs. Y el umbral de sobreintensidad inferior se establece 604 para cuando el voltaje determinado Vm está por debajo del voltaje umbral Vs. Basado en el valor mínimo determinado de las mediciones de voltaje de fase, el umbral de sobreintensidad superior o inferior es aplicable.

En la figura 7A, el flujo de corriente durante el funcionamiento normal de la microrred se indica por medio de líneas discontinuas. La corriente del primer conjunto de generador 71 circula hacia la carga 70 y la segunda celda de ali mentación 79. Y la corriente del segundo conjunto de generador 72 circula hacia la carga 70 y la segunda celda de alimentación 79.

En la figura 7B, se indica el flujo de corriente durante un fallo aguas arriba. La corriente del primer generador 71 circula ahora en dirección al segundo generador 72. La magnitud de la corriente puede ser la misma que en la figura 7A en condiciones de carga, pero ahora en sentido ascendente. El dispositivo de protección de sobreintensidad 78 detectará 605 la sobreintensidad en sentido ascendente, debido al análisis direccional, que dispara 606 un tempori zador. El temporizador genera la señal de disparo 607 con un retardo de un segundo periodo de tiempo predetermi nado, y que activará 608 el conmutador 75 para desconectar el segundo generador 72 de la barra colectora 73. En la figura 7C, se indica el flujo de corriente durante un fallo aguas abajo. La corriente procedente del primer y segundo generador 71, 72 sigue circulando en dirección a la celda de alimentación 79, mientras el fallo se produce en la celda de alimentación 79. El dispositivo de protección de sobreintensidad 78 del disyuntor de circuito 77 detec tará 605 la sobreintensidad en sentido descendente que dispara 606 un temporizador. El temporizador genera la señal de disparo 607 con un retardo de un primer periodo de tiempo predeterminado, y activará 608 el interruptor 77 para desconectar la posición de alimentador 79 defectuosa de la barra 73.

Haciendo referencia a las figuras 8A-D, se explicará el procedimiento en relación con otro ejemplo de microrred. Las figuras 8A-D muestran la microrred que tiene una barra colectora 83, una carga 80, un panel fotovoltaico 81 y una batería 82 conectados a la barra colectora 83. La carga 80 está conectada a la barra colectora 83 por medio del disyuntor de circuito 86, el panel fotovoltaico 81 está conectado por medio del disyuntor de circuito 84 y la batería 82 está conectada por medio del disyuntor de circuito 85. Además de la carga 80, también hay un segundo punto de alimentación 89 conectado a la barra colectora 83. Cada disyuntor de circuito es 84, 85, 86 y 87 está equipado con un dispositivo de sobreprotección de microrred 88, que se muestra en las figuras 8A-8D sólo para el disyuntor de circuito 85. Cada dispositivo de sobreprotección de microrred 88 está configurado para realizar el procedimiento descrito en relación con la figura 6. Por lo tanto, el dispositivo de sobreintensidad 88 mide continuamente la dirección de la corriente 601 y determina los voltajes de fase mínimas 602. La determinación de los voltajes de fase 602 inclu ye la medición de los tres voltajes de fase a fase Vab, Vbc, Vca y los tres voltajes de fase a neutro Van, Vbn, y Vcn y la determinación del valor mínimo de los mismos.

El umbral de sobreintensidad superior se fija 603 para cuando el voltaje determinado Vm está por encima del voltaje umbral Vs. Y el umbral de sobreintensidad inferior se establece 604 para cuando el voltaje determinado Vm está por debajo del voltaje umbral Vs. Sobre la base del valor mínimo determinado de las mediciones de voltaje de fase, el umbral de sobreintensidad superior o inferior será aplicable.

En las figuras 8A y 8B, el flujo de corriente durante el funcionamiento normal de la microrred está indicado con líneas discontinuas. En la figura 8A, la corriente procedente del panel fotovoltaico 81 y de la batería 82 circula hacia la carga 80 y a la segunda celda de alimentación 89. Mientras que en la figura 8B, la corriente del panel fotovoltaico 81 circula hacia la carga 80, hacia la segunda celda de alimentación 89 y hacia la batería 82. Por lo tanto, la batería 82 se está cargando.

En la figura 8C, se indica el flujo de corriente durante un fallo aguas arriba. La corriente procedente del panel fotovoltaico 81 circula ahora en dirección a la batería 82, que también suministra energía. El dispositivo de protección de sobreintensidad 88 detectará 605 la sobreintensidad en sentido ascendente que dispara 606 un temporizador. El temporizador genera la señal de disparo 607 con un retardo de un segundo periodo de tiempo predeterminado, y que disparará 608 el interruptor 85 para desconectar la batería 82, como alimentador defectuoso de la barra colecto ra 83.

En la figura 8D, se indica el flujo de corriente durante un fallo aguas abajo. La corriente procedente del panel fotovoltaico 8 y de la batería 82 circula en dirección a la celda de alimentación 89, mientras que el fallo se produce en la celda de alimentación 89. El dispositivo de protección de sobreintensidad 88 detectará 605 la sobreintensidad en sentido descendente que dispara 606 un temporizador. El temporizador genera la señal de disparo 607 con un retar do de un primer periodo de tiempo predeterminado, y disparará 608 el conmutador 85 para desconectar el segundo generador 82 de la barra colectora 83.

Para todos los fallos que se han descrito en relación con las figuras 7B y C y las figuras 8C y D, el tipo de avería y la impedancia de avería resultante, determinan si se produce una caída del voltaje fase-fase o fase-neutro. Si se pro duce esta caída, el voltaje puede descender a un rango entre el 0% y el 50% del voltaje nominal, por lo que incluso puede acercarse a cero. Como la corriente de cortocircuito es baja, la caída de voltaje debida al fallo es práctica mente la misma para todos los buses de la microrred y, por lo tanto, puede ser medida por todos los dispositivos de protección contra sobreintensidad 78 y 88 de todos los disyuntor de circuitos. Debido a la dependencia del umbral de sobreintensidad del voltaje medido Vm, el dispositivo seguirá detectando la sobreintensidad aplicando el umbral de sobreintensidad más bajo y podrá proteger la microrred del fallo.

Por supuesto, si no se produce la caída de voltaje, los dispositivos de protección78 y 88 aplican el umbral de sobre intensidad superior para detectar la sobreintensidad.

La magnitud / duración del primer y segundo periodos de tiempo en los que se retrasa una señal de disparo depende de la posición de la conmutación supervisada por el dispositivo de protección. Es lo que se conoce comúnmente como discriminación temporal para aislar y despejar averías.

Con el fin de abordar las necesidades de diferencias en la temporización, el procedimiento descrito puede prever pasos adicionales. Por lo tanto, en otro ejemplo del procedimiento, el procedimiento puede incluir además ajustar el primer periodo de tiempo de retardo a un retardo de tiempo máximo de una o más etapas de protección aguas abajo y un primer paso de tiempo predeterminado. Y ajustando el segundo periodo de tiempo de retardo a un tiempo má ximo de retardo de una o más etapas de protección aguas arriba y un segundo paso de tiempo predeterminado. Cuando se produce un fallo de fase y se dispara un disyuntor de circuito, se tarda un poco de tiempo, del orden de unos pocos milisegundos, en abrir y despejar las corrientes defectuosas. Por eso se utilizan retardos para tenerlo en cuenta. Además, después de que se dispare un disyuntor de circuito, se restablecen todos los dispositivos de pro tección que detectan una corriente defectuosa. Si el tiempo de rearme de las etapas de protección aguas arriba/aguas abajo es demasiado largo, o el retardo de tiempo de actuación asociado es demasiado corto, se accionará otro interruptor aguas arriba/aguas abajo después del primer disparo. El paso de tiempo predeterminado se define para que sea superior al tiempo de despeje del disyuntor de circuito y al tiempo de restablecimiento de la protección para garantizar una discriminación correcta de los fallos.

El propósito es permitir diferentes retardos de tiempo en función de la localización del fallo, ya sea aguas arriba o aguas abajo de la conmutación, y de la dirección en la que deben dispararse otras conmutaciones. Esto se aplica en particular a las microrredes, ya que en ellas ya no existe una organización jerárquica fuerte como en una red de servicios públicos clásica. En la figura 9 se muestra un ejemplo de microrred 90 con tres barras colectoras 93, cuatro recursos energéticos 94, tres celdas de alimentación 95 y 12 disyuntores de circuitos 96. Para cada disyuntor de circuito 96, los tiempos asociados tanto en situación j 51V aguas abajo como T51V aguas arriba con referencia a la posible localización del fallo se indican en segundos, como 0,2s, 0,3s, 0,4s o instantáneos. Esto da lugar a secuen cias de tiempo diferentes para aguas abajo y aguas arriba, como indican las flechas resultantes 97 y 98 a la derecha en la figura 9.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred (31; 32; 39) para conectar a una microrred que comprende un transformador de voltaje (24), un transformador de corriente (28) y una conmutación (27) que comprende:

un detector de sobreintensidad controlado por voltaje (51V) dispuesto para detectar una sobreintensidad superior a un umbral de sobreintensidad procedente del transformador de corriente;

un detector direccional de fase (67) dispuesto para detectar una dirección de corriente del transformador de voltaje en una dirección descendente o en una dirección ascendente;

en el que el detector de sobreintensidad controlado por voltaje está configurado para establecer el umbral de sobreintensidad en un umbral de sobreintensidad superior cuando un voltaje medido Vm está por enci ma de un voltaje umbral Vs y para establecer un umbral de sobreintensidad inferior cuando el voltaje medi do Vm está por debajo del voltaje umbral Vs;

caracterizado por que el dispositivo de protección contra sobreintensidades de la microrred comprende también un temporizador (52) dispuesto para generar una señal de disparo con un primer periodo de tiempo de retardo cuando se detectan una dirección de corriente descendente y una sobreintensidad y con un se gundo periodo de tiempo de retardo cuando se detectan una dirección de corriente ascendente y una so breintensidad, en el que el primer periodo de tiempo de retardo es diferente del segundo periodo de tiempo de retardo y la señal de disparo está configurada para disparar el dispositivo de conmutación de la microrred.

2. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrredes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el detector de sobreintensidad controlado por voltaje comprende un primer y un segundo elementos lógicos de sobreintensidad controlado por voltaje, estando dispuesto cada uno para detectar la sobreintensidad ba sándose en el ajuste del umbral de sobreintensidad;

el detector direccional de fase comprende un primer y un segundo elemento lógico direccional de fase (40, 41);

en el que el primer elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje (40) y el primer elemento lógi co direccional de fase (42) están dispuestos para detectar la sobreintensidad en dirección descendente; y en el que el segundo elemento lógico de sobreintensidad controlado por voltaje (41) y el segundo elemento lógico direccional de fase (43) están dispuestos para detectar la sobreintensidad en sentido ascendente.

3. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el temporizador comprende unos elementos lógicos de temporización primero y segundo (T1, T2), el primer elemento lógico de temporización (T1) está configurado para retardar la señal de disparo con el primer período de tiempo de retardo, y el segundo elemento lógico de temporización (T2) está configurado para retardar la se ñal de disparo con el segundo período de tiempo de retardo

4. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento de memoria de voltaje (53) para memorizar/almacenar al me nos el voltaje de fase medida más reciente.

5. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el umbral de voltaje Vs es ajustable a una relación de un voltaje nominal de una barra co lectora o alimentador (36) en el que se mide el voltaje.

6. Dispositivo de protección de sobreintensidad de microrred de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el detector de sobreintensidad controlado por voltaje está configurado para establecer/ajustar el umbral de sobreintensidad superior para que esté por encima de una corriente de carga máxima tanto para condiciones aguas abajo como aguas arriba y por debajo de una corriente de cortocircuito mínima en modo en red.

7. Dispositivo de protección de sobreintensidad de microrred de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el detector de sobreintensidad controlado por voltaje está configurado para establecer el umbral de sobreintensidad inferior por debajo de una corriente de cortocircuito mínima en modo fuera de red.

8. Dispositivo de protección de sobreintensidad de microrred de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el um bral de sobreintensidad inferior se establece además para estar:

por encima de la corriente de carga de funcionamiento normal, y/o

por debajo de la corriente de carga máxima.

9. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

el temporizador está configurado para ajustar el primer período de tiempo de retardo a un tiempo máximo de retardo de una o más etapas de protección aguas abajo y un primer paso de tiempo predeterminado; y ajustar el segundo período de tiempo de retardo a un tiempo máximo de retardo de una o más etapas de protección aguas arriba y un segundo paso de tiempo predeterminado.

10. Dispositivo de protección contra sobreintensidad de microrred de acuerdo con la reivindicación 9, en el que: el primer paso de tiempo predeterminado corresponde al tiempo necesario para que la conmutación aso ciada elimine el fallo y se restablezca el dispositivo de protección; y

el segundo paso de tiempo predeterminado corresponde al tiempo necesario para que la conmutación aso ciada despeje el fallo y rearme el dispositivo de protección.

11. Procedimiento para la protección contra sobreintensidad de una microrred que comprende un transformador de voltaje, un transformador de corriente y una conmutación, que comprende:

detectar una dirección de la corriente del transformador de voltaje en sentido descendente o ascendente (601);

determinar un voltaje Vm correspondiente a un valor mínimo de los voltajes fase-fase y fase-neutro del transformador de voltaje (602);

establecer un umbral superior de sobreintensidad cuando el voltaje medido Vm está por encima de un vol taje umbral Vs (603);

establecer un umbral de sobreintensidad inferior cuando el voltaje medido Vm es inferior al voltaje umbral Vs (604);

detectar una sobreintensidad en función del ajuste del umbral de sobreintensidad del transformador de co rriente (605);

el procedimiento se caracteriza por que comprende, además:

disparar un temporizador durante un primer período de tiempo cuando se detectan una dirección de corrien te ascendente y una sobreintensidad (606);

disparar un temporizador durante un segundo período de tiempo cuando se detectan una dirección de co rriente descendente y una sobreintensidad (606);

generar una señal de disparo que active el dispositivo de conmutación de la microrred cuando finalice el temporizador (607, 608);

en el que el primer período de tiempo es diferente del segundo período de tiempo.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende:

ajustar el primer período de tiempo de retardo a un tiempo máximo de retardo de una o más etapas de pro tección aguas abajo y un primer paso de tiempo predeterminado; y

ajustar el segundo período de tiempo de retardo a un tiempo máximo de retardo de una o más etapas de protección aguas arriba y un segundo paso de tiempo predeterminado.